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地球化学课程教学大纲与指导（72学时） 参考教材：普通地球化学（北京大学出版社，作者郑海飞、郝瑞霞）一、课程的性质与任务本课程是从事地球化学专业的人员应该熟悉和了解的基本地球化学的知识，是与实际生产联系紧密的基础理论和经验总结。地球化学是研究地球的化学成分及元素在其中的分部、分配、集中、分散、共生组合与迁移规律、演化历史的科学。地球化学需要通过各种地质和地球化学作用造成的元素变化所提供信息来研究过去发生的各种地质和地球化学事件；要解决如何利用这些资料获得过去发生的地质和地球化学事件，如何建立地质和地球化学模型以预测将来人类所关心的资源、环境以及灾害等问题。二、课程基本要求 学习本课程就是用化学的理论和方法，结合地质学的理论和方法去认识自然作用形成的产物、过程及其演化。 通过本课程学习，掌握在研究岩浆岩的成因时，可以用元素在固相和熔体相之间的分配系数进行定量模型；在研究变质矿物的形成条件时，可以进行热力学计算以确定反应进行的方向；在研究成矿物质来源时，可以用同位素和微量元素示踪方法。三、课程基本内容第1章 元素的结合规律1、教学目的和教学要求（1）熟悉元素的地球化学亲和性和结合规律（2）初步了解元素的基本性质2、教学内容和重点知识解析第一节 元素的基本性质主要讲授内容:原子和离子半径的变化规律，元素电离能的变化规律和元素电负性变化规律。重点知识解析：（1） 原子和离子半径的变化规律 1.同一周期中原子或离子半径随着原子序数的增加而减小。 2.同一族中原子或离子半径随着原子序数的增加而增加。 3.沿周期表对角线的方向，自左上方至右下方原子及半径相似。 4.第六周期中由于镧系收缩之故，使镧系以后元素的原子和离子半径也相应地缩小，因而出现了同上一周期相应元素的原子及离子半径大小相似的现象。 5.同一元素的原子可以形成不同价态的离子，其正电价越高半径越小，负电价越高半径越大。（2）电离能（I）：原子的第一电离能I1就是气态原子失去一个电子成为气态一价阳离子所需的能量。第二电离能就是一价阳离子再失去一个电子而成为二价阳离子所需的能量，其余类推。电离能是原子核吸引电子牢固程度或原子丢失电子难易的度量。（3）电负性（X）：用它来表示原于在分子中吸引电子的能力大小，或中性原子得失电子的难易程度。一般说来，非金属的原子夺取电子的本领大于金属元素的原子。元素的相对电负性，以Xli1.0和XF4.0；金属的电负性一般在2.0以下，非金属的电负性一般在2.0以上。电负性越大的原子，吸引电子的本领越大。第二节 元素的地球化学亲和性主要讲授内容：元素的地球化学分类，元素地球化学亲和性的理论分析。重点知识解析：（1）戈尔德施密特的分类是以其地球的起源和内部构造的假说为基础的。他根据化学元素的性质与其在各地圈内的分配之间的关系将元素分为四个地球化学组。 1.亲石元素也称亲氧元素，包括Li、Be、B、C、O、F、Na、Mg、Al、Si、P、Cl、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Br、Rb、Sr、Y、Zr、Hf、Nb、Ta、Cs、Ba、I、W、At、Fr、Ra、Ac、Th、Pa、U和镧系元素。其离子的电子构型属希有气体构型。与O、F、Cl具亲和力。主要富集在岩石圈。氧化物的生成焓大于FeO的生成焓，大部分组成氧化物、含氧岩，尤其是硅酸盐，形成大部分造岩矿物，是组成岩石的主要成分。因有人称为亲石元素。 2.亲铜元素又称亲硫元素，包括18种元素：S、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Se、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Te、Hg、Tl、Pb、Bi、Po。离子的最外层为18电子（s2p6d10）的铜型结构，氧化物的生成焓小于FeO的生成焓，与S、Se、Te具亲和力，易形成硫化物和复杂的硫化物，富集于硫化物氧化物过渡圈。 3.亲铁元素包括12中元素：Fe、Co、Ni、Mo、Ru、Rh、Pd、Re、Os、Ir、Pt、Au。其离子最外层具有8-18电子过渡型结构，主要集中于铁镍核中。 4.亲气元素：H、N、He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn均属此类，其原子的电子构型为希有气体构型（s2p6），H、N例外，主要存在于大气圈中，呈原子状态（Ar、He）或分子状态（N2、H2、H2O、CH4） 此外还有亲生物元素：C、N、H、O、P、B、Ca、Cl、Na、Si、F、Fe、Cu、Mn、Mg、Al。（2）元素的地球化学亲和性分类： 自然体系中元素的地球化学亲和性分类主要由：亲氧性元素，亲硫性元素，和亲铁性元素。亲铁元素（siderophile element）：铁具有这种倾向，在自然界中，特别是O，S丰度低的情况下，一些元素往往以自然金属状态存在，常常与铁共生，称之为亲铁元素。 基本特征：不易与其他元素结合，因为它们的价电子不易丢失（具有较高电离能）。它们的第一电离能往往较高： I1Au=9.2电子伏特， I1Ag=7.5电子伏特，I1Cu=7.7电子伏特。另外,周期表VIII族过渡金属元素（铂族元素）具明显亲铁性：I1Pt = 8.88电子伏特 I1Pd = 8.30电子伏特 Pt等元素在自然界往往 I1Ni = 7.61电子伏特 以金属状态出现。I1Co = 7.81电子伏特 代表性的亲铁元素：铂族、Cu、Ag、Au、Fe、Co、Ni等。第三节 元素的结合规律主要讲授内容：主要元素的结合规律，微量元素的结合规律，过渡元素的结合规律和微量元素结合规律的化学意义。重点知识解析：（1）类质同象的定义：某些物质在一定的外界条件下结晶时，晶体中的部分构造位置随机地被介质中的其它质点（原子、离子、配离子、分子）所占据，结果只引起晶格常数的微小改变，晶体的构造类型、化学键型、离子正负电荷的平衡等保持不变或相近，这一现象称为“类质同象”。（2）类质同象置换法则 Goldschmist类质同象法则（适用于离子键化合物）（1937） 1.隐蔽法则：两个离子具有相近的半径和相同的电荷，则它们将按丰度的比例，决定它们的行为，丰度高的主量元素形成独立矿物，丰度低的微量元素进入矿物晶格，为主量元素所“隐蔽”。K+(1.33)主量元素在形成钾长石、石榴石等矿物中，Rb+(1.49)以类质同像形式为K所“隐蔽”。 2.两种离子电价相同，半径有别，半径小的离子集中于较早的矿物中，而半径较大的离子（化学键弱）将在晚阶段矿物中富集。 Mg2+ Fe2+ Mn2+ 0.78 0.83 0.91 橄榄石等早期矿物 角闪石,黑云母 3.如果两个离子半径相近，而电荷不同，较高价的电荷离子优先进入较早结晶的矿物晶体中，称“捕获”（capture），低价的电荷离子“允许”(admit)进入晚期矿物。3、复习题 1.主要元素的结合有哪些规律？ 2.微量元素的结合有哪些规律？ 3.晶体场如何影响过渡元素的行为？第2章 元素的迁移和分异规律1、教学目的和教学要求（1）熟悉水溶液中元素的迁移和分异作用及影响因素（2）初步了解元素在胶体过程中和岩浆熔体中的迁移和分异作用2、教学内容和重点知识解析第一节 元素的迁移和分异的影响因素主要讲授内容：影响元素迁移的内因和影响元素迁移的外因。重点知识解析：（1）地球化学迁移的进程： 1.元素从原来的固定状态转化为活动状态，并进入迁移介质；即发生了空间上的位移，表现为元素发生了重新分配、元素的分散和集中； 2.元素在介质中发生了空间的位移，这一阶段元素的存在形式可以发生变化，但不能发生形成稳定固相的化学反应。 3.最后，元素迁移到了新的空间，由于物理化学条件的明显改变，元素在介质中的存在形式变得不稳定了，在新的环境和条件下形成新的稳定的矿物。（2）自然界元素迁移的主要特点是有流体相参加(气相、水溶液相、熔体相及生物相)，特别是水溶液，水溶液相在自然界对元素的迁移具有极其重要的意义： aH2O在各地球化学体系中普遍存在，为过剩组份； bH2O有控制环境性质的作用； c元素与H2O反应表现出复杂的行为，影响着元素的迁移和沉淀。第二节 水溶液中元素的迁移和分异作用主要讲授内容:水的性质，元素溶于水中的形式，环境的pH及其对元素迁移的影响，表生环境中元素的迁移能力，元素在水溶液迁移过程的分异。重点知识解析：（1）地壳中水流体相的形成 除同生水、海水和地表水以外，岩石圈的水与地壳的“去流体”的地质作用有关。 a 沉积物的去流体作用 沉积物在沉积到一定厚度时，因较大的上覆压力使沉积物中的流体从沉积物中排挤出去，集中起来形成水流体。是一种物理作用，压力和孔隙度是影响去水作用的重要因素。 b 变质作用放出流体：因变质作用，原先固定在岩石中的挥发分因变质作用而得以释放，形成变质流体， Mg(OH)2MgO+H2O CaCO3SiO2CaSiO3CO2 c 岩浆作用产生热液：岩浆上升时，温度压力下降，岩浆中所含的流体释放出来，形成岩浆热液，岩浆热液的主要成分为：Na2OH2OCO2体系。（2）水溶液中元素的搬运形式： 地壳表面，岩石风化后的产物可以被水、冰和风等所搬运，但起决定作用的搬运介质是水。在水中以溶解的形式被搬运的物质占以悬浮物形式被搬运物质的38.450。地表水溶液中元素的的搬运形式： A 易容盐类氯化物和硫酸盐：NaCl，KCl，MgCl2，CaCl2，MgSO4，CaSO4等以真溶液形式搬运。 B 碱土金属的碳酸盐（CaCO3和MgCO3）和SiO2等：碳酸盐主要呈溶解的重碳酸盐形式被搬运；SiO2主要呈真溶液和悬浮物形式搬运。 C 胶体溶液：Fe、Mn、P的化合物以及V、Cr、Ni、Co、Cu等元素，如Fe以Fe(OH)3正溶胶形式迁移。 D石英、硅酸盐和铝硅酸盐类矿物：主要以细粒悬浮物和沿底部拖曳的粗粒物方式搬运。第三节 元素在胶体过程中的迁移和分异主要讲授内容：胶体的结构和性质，影响胶体物质凝聚与沉积的因素，胶体对元素的吸附规律，胶体的吸附及其对元素分异的影响。重点知识解析：（1）胶体的作用 胶体的质点大小界于10-610-9m之间，它有两个基本特点： 胶体是一种多相体系，质点很细，因此具有很大的比表面积（单位体积所具有的表面积）。为此具有很大的表面能，致使它们具有很强的吸附作用； 胶体质点带有一定电荷。相同胶体质点，由于带有同种电荷，互相排斥，而使其保持悬浮状态。为平衡胶粒电荷发生胶体对离子的吸附及离子交换作用。（2） 胶体分类：自然界胶体分为正、负两类，负胶体相对分布更广泛。 正胶体负胶体Al、Fe等氢氧化物TiO2、ZrO2、ThO2碳酸盐硫化物SiO2、粘土矿物MnO2、SnO2自然S、As、Au、Pb 负胶体吸附溶液中的正离子，如：MnO2胶体吸附Cu、Pb、Zn、Co、Ni、Li、K、Ba、Tl等多种阳离子（沉积锰矿石中元素组合特征）；Fe2O3n+胶体则主要吸附呈酸根阴离子存在元素，如HVO42-、H2VO4-、CrO42-、PO43-、AsO43-、GeO44-等。（3）影响胶体物质凝聚与沉积的因素： 1.异种电荷相遇 2.电解质的作用 3.高浓度的胶体溶液 4.溶液的pH值第四节 岩浆熔体中元素的迁移和分异作用主要讲授内容：元素在岩浆熔体中的存在形式，岩浆的基本物理化学性质，岩浆过程中元素的分异。重点知识解析：（1）岩浆的成分： 基本组分（wB1%）：SiO2，Na2O，K2O，Al2O3，MgO，FeO，CaO； 次要组分（wB1%0.1）：TiO2，P2O5，MnO，CO2，SO2； 微量组分（wB0.1%）：除上列元素外的其它元素。（2）岩浆熔体结构：聚合模型的主要内容： 基本结构单元Si-O四面体通过氧联结成不同的络阴离子团；熔体结构与晶体结构相似，但在三维空间不连续的多种结构单元组成的共存体。 桥氧Si-O-Si、非桥氧Si-O-M和自由氧M-O-M；熔体中桥氧的比例越高，熔体的聚合程度越高。 阳离子的种类对硅酸盐熔体的结构的影响：成网阳离子：位于Si-O四面体中心，在熔体中呈四次配位，具有成网、增强聚合度的作用；变网阳离子：与非桥氧和自由氧联结的阳离子，与氧呈六次或更高次配位，位于Si(Ti)-O四面体之间，起着降低聚合程度的作用。如：、及、等。 挥发分对熔体结构的影响 第一类：以H2O为代表，包括H2S、HCl、HF等，起破坏桥键、降低桥氧比例的作用，降低聚合度，具有解聚作用。 第二类：以CO2为代表，包括P2O5和SO2等，溶于岩浆能够破坏非桥键、降低非桥键的数量比，使熔体的聚合度增强。（3）岩浆的性质： 岩浆的粘度 酸性岩的粘度大于基性岩的粘度；其它阳离子（Fe、Mg、Ca等）相对增多或Si含量相对降低时，岩浆的粘度下降；压力下降或温度升高，粘度下降。 岩浆的酸碱度，衡量标准：O2-高时岩浆的碱度强 对结晶相的晶出顺序的影响：2K+O2-K2O；SiO2O2-SiO32，因此在碱性花岗岩浆中钾长石将提前结晶，可以与角闪石、辉石同时结晶。 影响元素的迁移能力：两性元素在碱性条件下可以形成成网阳离子： BeO3O2-BeO46-，Al2O35O2-2AlO45-，为此，Be、Al可在碱性岩浆中进入硅酸盐矿物，阻止它们在晚期岩浆中富集。（4）岩浆中的水分和其它挥发分 1.岩浆中的水 2.岩浆分异产生热液（5）岩浆演化过程主量元素的行为 主量元素：Si、Al、Fe、Ca、Mg、Na、K八中元素，占岩浆质量的90以上。原岩熔融程度由低到高元素的熔融顺序：富含Na、K、Si、Al的矿物，它们的碱度和SiO2的含量也高；继而富含Fe、Ca、Mg的矿物开始熔融，岩浆的碱度和SiO2含量降低；岩浆中O、Si、Al总量达70以上，是岩浆的主体。Si4+离子具有高电荷小半径特性，与O2-通过sp3型的杂化轨道，形成内部牢固的呈四面体空间分布的共价键，氧的有效电荷等于一。SiO44-四面体以公用角顶氧相连，形成三度空间联结的各种复杂络阴离子，称为“群聚态组”。3、复习题 1.水溶液中元素的搬运形式？ 2.元素在水溶液中迁移和分异受那些因素控制？ 3.胶体的吸附作用如何影响元素的分异作用？第3章 同位素地球化学基础1、教学目的和教学要求（1）熟悉自然界同位素组成变化的原因、同位素年龄测定方法和地球化学示踪方法（2）初步了解同位素的基本概念和稳定同位素地质温度计2、教学内容和重点知识解析第一节 同位素的基本概念主要讲授内容:自然界的同位素，同位素组成和同位素分馏的表示方法。重点知识解析：（1）同位素地球化学的定义：是地球化学的一个分支学科，研究地壳和地球中核素的形成、丰度及其在地质作用中分馏和衰变规律的科学。.同位素地球化学的应用领域：同位素地质年代学和稳定同位素地球化学（2）同位素分类： 按照同位素的稳定性分类：稳定存在的时间大于1017a以上的同位素为稳定同位素，反之为放射性同位素。 稳定同位素：已知有81种元素有稳定同位素，稳定同位素共有273中，其中21中为纯元素，它们的Z83，A0；系统向环境放热，Q0。（2）热力学能（U）：系统内所有微观粒子的全部能量之和称为热力学能，又称为内能。不涉及系统的整体势能和整体动能。UU2-U1 状态函数 热力学第一定律的表达形式：UQW （封闭系统）对隔离系统：Q=0,W=0，U0；对循环系统：U0, Q=-W。第三节 二元体系熔融相图的计算主要讲授内容：二元共熔（共结）系相图的计算，二元固溶体的熔融相图计算。重点知识解析：（1）Gibbs函数：由S环境-H/T，所以在一定温度和压力下（恒温恒容非体积功为零）：S总SH/，其中S和H是系统的熵变和焓变，变形得：S总SH，令GS总，则：GHS，该式称为Gibbs公式，Gibbs函数（自由能）定义为：GHS。Gibbs函数判据：G0时，反应是非自发的；G=0，反应处于平衡状态。（2）温度对标准平衡常数的影响：范特霍夫方程，为定值时，积分上式得定积分： 不定积分：lnK0=-/RT+C,有多组下的K0数据，作lnK0-图可得一直线，由直线的截距和斜率可确定和。3、复习题 1.已知1143K时-石英转化为-鳞石英，-石英的摩尔体积为22.65*10-3L/mol,-鳞石英的摩尔体积为26.40*10-3L/mol,相变热H=503.2J/mol。试计算并制作-石英转变为-鳞石英的相图。第6章 宇宙化学1、教学目的和教学要求（1）熟悉元素起源及行星月球化学（2）初步了解元素的宇宙丰度特征和太阳星云的化学演化2、教学内容和重点知识解析第一节 元素的宇宙丰度特征主要讲授内容：原子核类型，元素的宇宙化学分类，元素的宇宙丰度特征。重点知识解析：（1）丰度一种化学元素在某个自然体中的重量占这个自然体的全部化学元素总重量（即自然体的总重量）的相对份额（如百分数），称为该元素在自然体中的丰度。因此，元素丰度就是化学元素在一定自然体中的相对平均含量。如元素的地壳丰度，元素的地球丰度，元素的太阳系丰度等。如果这个自然体占据一个较小的空间位置时，习惯上称为元素的平均含量。如花岗岩中元素的平均含量，某矿区中元素的平均含量等。（2） 目前已建立的元素丰度体系第二节 元素起源主要讲授内容重点知识解析：（1）太阳系元素起源在最初某一时刻，由质子(氢的原于核)组成的气体因万有引力作用而被向一处吸引。然后，质子云发生凝聚而收缩，伴随着收缩过程就释放出大量引力位能，引起温度的升高。当温度上升到大约一百万度绝对温度时，氢原于核的聚变就能发生，并产生出氦（He）：1H11H11H2e1H21H12He32He32He32He421H1（2）元素和同位素的迁移活动寓于地质作用之中，地质事件对微量元素的影响有可能跨越后期作用而被保留下来，因此同位素和微量元素组成上的变异能够为揭示地质作用提供直接的证据。第三节 太阳星云的化学演化主要讲授内容：太阳系的物质来源，太阳星云的凝聚过程及物质分异和太阳星云的凝聚模型。重点知识解析：（1）太阳系：太阳，行星，行星物体（宇宙尘、彗星、小行星），卫星。其中太阳的质量占太阳系质量的99.8，其它占0.2。（2）估算复杂系统总体化学组成的方法： a.主体代表整体：如用太阳的组成代表太阳系的组成，岩浆岩的平均化学成分代表地壳的平均化学成分。 b.加权平均：用上、中、下地壳的组成求整体地壳的化学组成 c.拟定模型：如用陨石对比法求地球的化学组成第四节 行星化学主要讲授内容重点知识解析：（1）行星的化学成分行星表面温度较低，因而缺乏原子光谱的激发条件，这排斥了应用光谱测定其成分的可能。现在对于行星化学成分的了解都是通过间接方法获得的。因此，目前关于行星化学成分的知识还是极贫乏的。（2）主要掌握三个规律： 1.内行星愈靠近太阳，它的金属含量越高； 2.地球和金星的化学成分可能十分接近，它们有很相似的直径和平均密度； 3.由火星和月球的平均密度来看，它们在化学成分上属同一类天体。3、复习题 1.元素是如何形成的？ 2.试述地球的元素丰度特征及估算方法。 3.如何解释宇宙元素丰度的四倍规则？第7章 地壳与地幔地球化学1、教学目的和教学要求（1）熟悉地壳的平均化学成分和地幔地球化学（2）初步了解地球的圈层构造及化学组成和地幔与地壳的物质交换2、教学内容和重点知识解析第一节 地球的圈层构造及化学组成主要讲授内容：地球的圈层构造，地球的元素丰度。重点知识解析：（1）元素丰度常用三种单位来表示，即重量单位、原子单位和相对原子单位。由于采用单位不同，元素丰度有下列三种名称：1.重量丰度，以重量单位表示的元素丰度，常用的级序有三种：重量百分数（wt），用于常量元素；克/吨（g/t）或ppm（parts per million，10-6），用于微量元素；毫克/吨（mg/t）或ppb（parts per billion（十亿），10-9），常用于超微量元素；微克/吨（g/t）或ppt（parts per trillion（万亿），10-12）。 2.原子丰度，以原子百分数（原子）表示的某元素在全部元素的原子总数中的分数。 3.相对丰度，常以原子数/106硅原子为单位。也有采用原子数/104硅原子或原子数/102硅原子为单位的。这种单位是取硅的原子数等于一百万个（106）原子，并以此为基数，求出其他元素相对原子数。所以，这种单位实际上就是各种元素的原子数与一百万个硅原子的比值。常用于宇宙元素丰度，所以又称为宇宙丰度单位，简称CAU.（Cosmic abundance unit）。选择硅原子作为对比标准的原因是：1）硅元素在自然界中分布相当广泛，便于对比各种自然体系的丰度值；2）硅是形成不挥发的稳定化合物的元素；3）硅在化学分析和光谱分析中，都是较易精确测定的元素。取硅原子为106时，绝大部分元素的相对原子数介于10610-4之间。在上述三种不同单位的元素丰度中，重量丰度是基本的，最常用的，原子丰度和相对丰度都可根据重量丰度换算取得。第二节 地壳的平均化学成分主要讲授内容：基本概念，地壳平均化学成分的确定方法，地壳元素的丰度特征，地壳中某些元素丰度的偶数规则被破坏的原因。重点知识解析：（1）地壳分为大陆地壳、大洋地壳。大陆占地球表面积的42%，大陆地壳的的质量占整个地壳质量的79%。大陆地壳丰度是地球各层圈中研究最详细和较正确的。 大陆地壳由演化的、低密度的岩石组成，使大陆地壳高于海平面，大陆地壳的这种演化的成分在太阳系是独一无二的，使陆地生物空前繁荣。另外，大陆地壳的化学组成和演化机制是认识地球总体成分、分异演化和地球动力学过程的基本化学前提。再加之大陆地壳是人类生活和获取资源的场所，为此大陆地壳化学组成的研究自地球化学学科诞生以来一直是研究的中心问题之一。（2）岩石平均化学组成法：用主体代表整体，他们的思路是在地壳上部16公里范围内（最高的山脉和最深海洋深度接近16公里）分布着95%的岩浆岩，5%沉积岩（4%的页岩，0.75%的砂岩，0.25%的灰岩），且沉积岩是岩浆岩派生的，因此认为岩浆岩的平均化学成分实际上可以代表地壳的平均化学成分。具体做法：在世界各大洲和大洋岛屿采集了5159个不同岩浆岩样品和676件沉积岩样品； 对53种元素进行了定量的化学分析； 其样品的数量相当于这些样品在地球表面分布面积的比例；计算时用算术平均求出整个地壳的平均值。（3）地壳元素丰度在元素地球化学行为研究中的意义 控制元素的地球化学行为：元素的克拉克值在某种程度上影响元素参加许多化学过程的浓度，从而支配元素的地球化学行为。 例如，地壳元素丰度高的K、Na，在天然水中高浓度，在某些特殊环境中，发生过饱和作用而形成各种独立矿物（盐类矿床）；而地壳元素丰度低的Rb、 Cs，在天然水中极低浓度，达不到饱和浓度，为此不能形成各种独立矿物而呈分散状态。（4）影响土壤地球化学异常的主要因素及常规土壤测量的技术要点。答题要点：分同生碎屑异常及后生异常两种，前者主要以物理风化作用形成的碎屑，形成会受地形坡向坡度、植被等因素的影响而可发生一定的位移。后者是次生作用的产物，主要是受化学风化形成，受表生景观条件制约，以降雨、气候、运积物性质及粒度，取样层等因素影响。因此，在土壤测量中要通过方法试验来选项择合适的条件，如取样的层位、粒度，取样密度，并详细记录土壤的性质及受人类干扰程度。第三节 地幔地球化学主要讲授内容：地幔的结构和低速层，地幔的化学成份。重点知识解析：（1） 橄榄岩地幔模型：Ringwood(1975)根据以下事实： 1.实验测定的橄榄岩平均零压密度与由地球物理资料推算的上地幔密度较接近； 2.高温高压实验所得到的辉长岩-榴辉岩相转变线与莫霍面深度不吻合； 3.地幔源超镁鉄质包体内橄榄岩的数量远远多于榴辉石。（2） 地幔的化学不均一性原因较复杂，归纳起来主要有如下几种可能的原因： 1.在地球形成的行星吸积过程中就存在化学组成的不均一性。 2.在地球形成以后的分异过程中，特别是在地球演化的早期大陆地壳形成过程中，便引起了大陆地幔与海洋地幔的区域不均一性。 3.由于大陆发生漂移，使地壳与地幔结构发生重新组合。3、复习题 1.简述克拉克值的概念及其意义。 2.试述地壳元素丰度特征。 3.试述地幔元素丰度的确定方法。第8章 海洋和大气圈地球化学1、教学目的和教学要求（1）熟悉海洋地球化学（2）初步了解大气圈地球化学2、教学内容和重点知识解析第一节 海洋地球化学主要讲授内容：海洋的化学成分，影响海水组成的因素，海洋的起源和化学演化。重点知识解析：（1）早期的大洋：由含CO2的低的pH值向中型pH过渡，并达到负的Eh值；地球历史早期，洋壳通过洋脊快速扩张，在洋壳和海水之间发生剧烈的相互作用，并把大量与洋壳反应后的喷气物质输入海水。（2）海水的最主要离子是Na+和Cl-。除了构成水的氢和氧外，溶解于海水中最丰富的元素按含量依次排列如下：Cl-、Na+、Mg2+、SO42-、Ca2+和K+，即海水中除了氢和氧以外的99%是由这六种成分组成。第二节 大气圈地球化学主要讲授内容：大气圈的结构，大气圈的化学成分，大气圈物质的循环作用，大气圈的起源及其演化。重点知识解析：（1）早期大气圈的成分： 有证据表明：最初的大气圈可能主要由CO2、H2O和N2组成；但如果金属铁存在于地幔之中，则最初的大气圈主要由H2、CO和CH4组成；撞击诱发脱气的拥护者主张最初的大气圈主要由H2O、CO和CH4组成。但多方面的证据表明，大约在4.0Ga前，地球曾是富CO2和H2O的。（2） 二氧化碳的碳酸盐硅酸盐循环 二氧化碳通过风化和沉淀过程进入海洋： 风化过程：CaSiO32CO23H2OCa2+2HCO3-+H4SiO4 沉淀过程：Ca2+2HCO3-CaCO3CO2H2O 海相碳酸盐通过俯冲深埋、变质、部分熔融释放CO2，并通过火山作用再次进入大气圈， 释放CO2的变质反应：CaCO3+SiOCaCO3CO2H2O（3） 大气圈自由氧（O2）的历史 氧的平衡：氧的生成通过光合作用和水分子在大气圈上层的分解；氧的消耗通过呼吸作用和机体的腐烂以及风化过程中有机质和硫化物等矿物氧化的消耗。 氧的历史：在2.0前，大气圈保持缺氧状态，其依据有点；随后氧开始在大气圈中积累并逐渐达到现今含量的21的水平，并在15和35的范围内波动。3、复习题 1.试述海洋和大气圈的演化对大陆沉积作用的影响。 2.海洋如何对大气圈物质组成起调节作用？ 3.试述大气圈的形成及其演化的主要特征。 4.试述海洋的产生及其演化。第9章 生物圈地球化学1、教学目的和教学要求（1）熟悉生物圈的物质组成及形成和演化（2）初步了解元素的生物地球化学循环及煤和石油地球化学2、教学内容和重点知识解析第一节 生物圈的物质组成主要讲授内容：生物圈的元素组成，生物圈的有机物和生物标志化合物。重点知识解析：（1）地质体中的有机质 氨基酸：C、H、O、N，氨基酸聚合构成蛋白质，蛋白氨基酸保存在遗骸、贝壳和沉积物中。 脂类：俗称脂肪，不溶于水但溶于有机溶剂。分解产物脂肪酸主要分布在土壤、泥炭、沉积物、岩石和天然水体中。 碳水化合物：亦称糖，Cx(H2O)，简单碳水化合物溶于水。糖、淀粉、纤维素和果胶为可提供能源的碳水化合物。 色素及其衍生物：叶绿素色素叶绿素和卟啉，叶红素橙色素、胡萝卜素和叶黄素，黄素腕、黄色素等，沉积岩中的主要色素金属卟啉。 木质素：植物细胞壁的主要成分之一，与碳水化合物类似。 腐殖酸与干酪根：腐殖酸腐殖质中能溶于碱溶液的部分，干酪根沉积物和沉积岩中的不溶性有机质，一般占沉积有机质的95以上，又分为：腐泥型干酪根，腐殖型干酪根，腐殖腐泥型干酪根。第二节 元素的生物地球化学循环主要讲授内容：元素生物地球化学循环的方式，元素的地球化学循环。重点知识解析：（1）非生物环境生物有机体非生物环境 1.碳的地球化学循环：二氧化碳通过光合作用生成有机碳（CHOH），通过呼吸作用、细菌分解、自然氧化、矿物燃料燃烧、煤的自燃等过程，将有机碳氧化为二氧化碳。 2.氮的地球化学循环：氮、磷、